Tesis Importante de Btx

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(1)UNIVERSIDAD DE COSTA RICA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA. ESTUDIO DE PRE-FACTIBLIDAD TÉCNICA Y ECONÓMICA DE UNA PLANTA PARA LA PRODUCCIÓN DE BENCENO, TOLUENO Y XILENO A PARTIR DE NAFTAS DE PETRÓLEO.. PROYECTO DE GRADUACIÓN SOMETIDO A LA CONSIDERACIÓN DE LA ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA COMO REQUISITO FINAL PARA OPTAR POR EL GRADO DE LICENCIATURA EN INGENIERÍA QUÍMICA. RICARDO JIMÉNEZ ARGÜELLO. CIUDAD UNIVERSITARIA RODRIGO FACIO SAN JOSÉ, COSTA RICA 2013.

(2) Proyecto de graduación presentado ante la Escuela Ingeniería Química de la Universidad de Costa Ri~ como requisito final para optar por el grado de Licenciatura en Ingeniería Química. Sustentante: Ricardo Jiménez Argüello. Aprobado por:. Ing. an errera, Ph.D Escuela de Ingeniería Química. Presidente del tribunal. Ing. William Ulate Padgett, M.Sc. Gerente General SORESCO. Director del Proyecto. Ing. Hemán Camacho Soto, M.Sc. Escuela de Ingeniería Qufmica. Miembro Lector. Miembro Lector. Randall Ramírez Loría, MBA. Escuela de Ingeniería Química. Miembro Invitado. CIUDAD UNIVERSITARIA "RODRIGO F ACIO" 2013. Comité asesor. l.

(3) DEDICATORIA. A DIOS. Por la vida que me da y la oportunidad de presentar este proyecto.. A MIS PADRES. Por siempre estar en cualquier circunstancia para ayudar, por apoyarme a salir adelante con la carrera y creer en mí y esforzarse por hacer en mi una mejor persona todos los días.. A MI HERMANA. Por todos los momentos que compartimos, por siempre ser la persona en la que puedo confiar y apoyarme.. A MI NOVIA. Por ser todo lo que siempre soñé y más, por su amor incondicional y por ayudarme en los últimos momentos y empujarme a realizar este ultimo esfuerzo, que jamás hubiera sido posible sin vos.. A MIS AMIGOS. Por todos los momentos buenos que vivimos y también los difíciles, ser fuente de inspiración y ayuda incondicional.. Dedicatoria. ii.

(4) RESUMEN El objetivo principal del presente proyecto es determinar la factibilidad técnica y económica de instalar una planta productora de benceno, tolueno y xileno para el mercado Centroamericano, a partir de naftas de petróleo obtenidas del procesos de refinación. El proyecto se divide en cuatro grandes secciones. Primero se encuentra el marco teórico del proyecto, en donde se especifican las propiedades de la materia prima y los productos de la planta. También se explican los diferentes métodos de los cuales es posible obtener el BTX a partir de la nafta, y el tipo de plantas existentes en el mercado. Posteriormente se tiene el estudio de mercado donde se clarifica el producto a vender, la ubicación del proyecto, la demanda estimada de los productos, su precio, así como la estrategia de los competidores y la estrategia comercial a seguir. Se determinó que la demanda máxima será de 345 bbl/diarios de producto combinando la mezcla de xilenos y el tolueno, dejando de lado el benceno por su baja demanda. La tercera parte del proyecto consiste en el estudio técnico en donde se seleccionó el proceso productivo, mediante una matriz de selección para los procesos unitarios. Se seleccionó el CCR Platforming, como proceso para la obtención de la nafta reformada como materia prima. Luego se escogió el solvente Sulfolane y su proceso de regeneración, para la purificación de los productos. Finalmente, se estimaron los costos de producción y la inversión inicial del proyecto siendo esta de $ 50 787 931; de los cuales $ 10 084 568 son para las inversiones fijas y $ 40 703 362 de capital de trabajo. En la cuarta y última parte, se determinó que el proyecto es económicamente rentable, ya sea con o sin financiamiento. Para el proyecto con financiamiento e inflación se tiene que el Valor Actual Neto es de $ 47 396 795; la Tasa Interna de Retorno de 22,62 % y el Índice de Deseabilidad de 7,71. Mientras que para el proyecto sin financiamiento e inflación el VAN es de $ 5 671 457; el TIR de 22,61 % y el ID de 1,56. El proyecto con financiamiento es mejor para los inversionistas, ya que se obtiene un mayor retorno. Se comprobó además que el proyecto es sensible ante los cambios del mercado en la demanda del producto y a aumentos en gastos de producción. Se determinó además que el riesgo de invertir en el proyecto es bajo, teniendo en ninguno de los escenarios posibles valores de TIR, menores a los esperados por los inversionistas.. Resumen. iii.

(5) Índice General. iv. ÍNDICE GENERAL RESUMEN .....................................................................................................................i 1.. MARCO TEORICO ............................................................................................. 1. 1.1 Las naftas de petróleo ........................................................................................... 1 1.2. Generalidades ................................................................................................ 1. 1.3. Composición ................................................................................................. 2. 1.4. Clasificación .................................................................................................. 5. 1.5. Aplicaciones .................................................................................................. 5. 1.5.1 Industria petrolera ...................................................................................... 5 1.5.2 Industria de solventes ................................................................................ 6 1.6. BTX (Benceno, Tolueno y Xileno) ............................................................... 7. 1.6.1. Generalidades ................................................................................................ 7. Aromaticidad ......................................................................................................... 7 Propiedades físicas y químicas .............................................................................. 7 1.7. Fuentes de obtención ..................................................................................... 9. 1.7.1 Efluentes del reformado catalítico ............................................................. 9 1.7.2 Efluentes del craqueo con vapor.............................................................. 10 1.8. Aplicaciones ................................................................................................ 11. 1.8.1 Benceno ................................................................................................... 11 1.8.2 Xileno ...................................................................................................... 11 1.8.3 Tolueno .................................................................................................... 12 1.9. Proceso de producción del BTX a partir de las naftas ................................ 12. 1.9.1 Complejos aromáticos simples ................................................................ 12.

(6) 1.9.2 Hidrotratamiento de naftas ...................................................................... 13 1.9.3 Reformado catalítico ............................................................................... 14 1.9.4 Extracción de aromáticos ........................................................................ 16 1.10. Complejo aromático UOP ........................................................................... 18. 1.10.1 CCR Platforming ................................................................................... 18 1.10.2 Sulfolane ................................................................................................ 19 1.10.3 Parex ...................................................................................................... 19 1.10.4 Isomar .................................................................................................... 19 1.10.5 Tatoray ................................................................................................... 20 2.. ESTUDIO DE MERCADO ................................................................................ 21. 2.1 Caracterización de los productos ........................................................................ 21 2.1.1 Descripción y caracterización del producto principal y subproductos. ... 21 2.1.2 Productos sustitutos o similares............................................................... 23 2.2 Población objeto y zona de influencia ................................................................ 24 2.2.1 Ubicación geográfica del área de mercado del proyecto ......................... 24 2.2.2 Tamaño y características de la población de referencia del proyecto ..... 24 2.2.3 Características de la población de referencia del proyecto .................... 26 2.3 Análisis de la Demanda ...................................................................................... 28 2.3.1 Análisis histórico de la demanda ............................................................. 28 2.3.2 Factores que determinan el comportamiento de la demanda ................... 33 2.3.3 Estimación de la demanda actual (análisis del crecimiento histórico y elasticidad) 33 2.4 Pronóstico y proyección de la demanda ............................................................. 36 2.5 Caracterización de la demanda ........................................................................... 38 2.6 Análisis de la oferta actual ................................................................................. 39. Índice General. v.

(7) 2.6.1 Tipo de mercado ...................................................................................... 39 2.6.2 Estrategias de la oferta, número y tipo de oferentes ................................ 39 2.7 Características de la oferta.................................................................................. 40 2.8 Determinación del precio del producto .............................................................. 43 2.8.1 Mecanismo de formación del precio ....................................................... 43 2.8.2 Análisis de series históricas de precios ................................................... 43 2.8.3 Factores que determinan el precio del producto ...................................... 45 2.9 Estrategias de comercialización del producto .................................................... 46 2.9.1 Volúmenes estimados de producción ...................................................... 46 2.9.2 Descripción de los canales de comercialización ..................................... 47 3.. ESTUDIO TÉCNICO ......................................................................................... 48. 3.1 Tamaño del proyecto .......................................................................................... 48 3.2 Localización ....................................................................................................... 48 3.2.1 Micro y macro-localización del proyecto ................................................ 48 3.2.2 Características del sitio ............................................................................ 50 3.3 Proceso productivo, tecnología y tamaño de la planta ....................................... 52 3.3.1 Selección de los equipos .......................................................................... 52 3.3.2 Descripción del Proceso de Producción .................................................. 58 3.4 Diagrama de flujos del proceso .......................................................................... 65 3.4.1 Diagrama con balance de materia y energía ............................................ 65 3.4.2 Descripción y especificación de los equipos a instalar ........................... 69 3.4.3 Distribución de Planta ............................................................................. 75 3.5 Análisis de Materias Primas ............................................................................... 78 3.5.1 Ubicación Geográfica de las Materias Primas ......................................... 78 3.5.2 Características y Especificaciones de la Materia Prima .......................... 79. Índice General. vi.

(8) 3.5.3 Precio y Comportamiento Histórico de Consumo ................................... 79 3.6 Costos e inversiones ........................................................................................... 80 3.6.1 Inversiones fijas ....................................................................................... 81 3.6.2 Costos y gastos ........................................................................................ 83 3.6.2.1 Costos materias primas ......................................................................... 83 3.6.2.2 Costos de energía eléctrica ................................................................... 83 3.6.2.3 Costo de servicios ................................................................................. 83 3.6.2.4 Costo de mano de obra ......................................................................... 84 3.6.2.5 Costo mantenimiento, suministros operacionales y repuestos ............. 85 3.6.2.6 Costos fijos de planta ............................................................................ 85 3.6.3 Capital de trabajo ..................................................................................... 86 3.6.4 Plan de Manejo Integral de Procesos ....................................................... 86 4.. ESTUDIO FINANCIERO .................................................................................. 87. 4.1 Necesidades de recursos ..................................................................................... 87 4.2 Aporte de socios e inversionistas y posibles fuentes de financiamiento ............ 87 4.3 Condiciones de los préstamos solicitados y amortización de los créditos ......... 88 4.4 Punto de Equilibrio ............................................................................................. 89 4.5 Estados Financieros proyectados ........................................................................ 90 4.5.1 Flujo de Fondos proyectado sin financiamiento ...................................... 90 4.5.2 Flujo de Fondos proyectado con financiamiento ..................................... 92 4.6 Evaluación financiera ......................................................................................... 96 4.6.1 Cálculo de la tasa de descuento (K) aplicable al proyecto ...................... 96 4.6.2 Valor actual neto (VAN), tasa interna de retorno (TIR) e índice de deseabilidad (ID) para el proyecto sin y con financiamiento ....................................... 97 4.6.3 Análisis de sensibilidad ........................................................................... 98. Índice General. vii.

(9) 4.6.4 Análisis de riesgo .................................................................................... 99 5.. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ............................................... 101. 6.. BIBLIOGRAFÍA .............................................................................................. 103. 7. NOMENCLATURA ............................................................................................. 106 APÉNDICE ............................................................................................................... 107 A. Resultados Intermedios .................................................................................... 108 B. Muestra de cálculo ............................................................................................ 120. Índice General. viii.

(10) Índice de Cuadros. ix. ÍNDICE DE CUADROS Cuadro 1.1 Análisis típico de dos fracciones de nafta obtenidas de destilación fraccionada de dos tipos de crudo diferentes. ............................................................................................. 4 Cuadro 1.2 Composición de la fracción C6-C8 obtenida del reformado catalítico. .............. 9 Cuadro 1.3. Composición de la fracción C6-C8 obtenida del craqueo con vapor. .............. 10 Cuadro 1.4. Condiciones para la hidrodesulfuración según el tipo de nafta alimentado. .. 14 Cuadro 1.5. Reacciones existentes en el proceso de reformado catalítico de naftas. .......... 15 Cuadro 2.1. Propiedades físicas y químicas de las naftas pesadas. ..................................... 21 Cuadro 2.2. PIB de los países centroamericanos (1999-2010). ........................................... 26 Cuadro 2.3. Resumen de histórico de demanda para el BTX. ............................................. 32 Cuadro 2.4. Demanda proyectada para el tolueno para el periodo 2014-2028. .................. 37 Cuadro 2.5. Demanda proyectada para la mezcla de xilenos para el periodo 2014-2028. .. 38 Cuadro 2.6. Volúmenes estimados de producción en Centroamérica (2014-2028). ........... 46 Cuadro 3.1. Matriz de selección del equipo de reformado catalítico de la nafta ................ 54 Cuadro 3.10 Estimación de la inversión por el método de porcentaje del equipo comprado. .............................................................................................................................................. 81 Cuadro 3.2. Tecnologías existentes de el mercado y sus características ............................. 56 Cuadro 3.3. Matriz de selección del solvente y tecnología. ................................................ 58 Cuadro 3.4. Composición flujo de proceso inicial .............................................................. 60 Cuadro 3.5. Propiedades de la mezcla de xilenos con grado de solvente ........................... 61 Cuadro 3.6. Composición flujo de Raffinate. ...................................................................... 63 Cuadro 3.7. Composición flujo de benceno y orgánicos no aromáticos. ............................ 64.

(11) Cuadro 3.8. Composición flujo del tolueno comercial. ....................................................... 65 Cuadro 3.9. Resumen de características de los equipos. ..................................................... 69 Cuadro 4.1 Tabla de amortización del préstamo. ................................................................ 88 Cuadro 4.2. Gastos variables anuales. ................................................................................. 89 Cuadro 4.3. Flujo de Fondos del proyecto sin financiamiento ............................................ 91 Cuadro 4.4. Flujo de Fondos del proyecto con financiamiento ........................................... 94 Cuadro 4.5 Tasas de descuento. .......................................................................................... 96 Cuadro 4.6 Cálculo del TIR, VAN e ID para el proyecto con y sin financiamiento. .......... 98 Cuadro 4.7 Sensibilidad del proyecto ante distintos escenarios. ......................................... 99 Cuadro 4.8 Análisis de riesgo por el método de Montecarlo. ........................................... 100 Cuadro 4.9 Estimación del TIR y VAN para el proyecto según el método Montecarlo. .. 100 Cuadro A.1 Demanda, Precio, PIB, Población e IPC de tolueno para Guatemala del año 1995 al 2009........................................................................................................................ 108 Cuadro A.2 Resumen cálculos para estimación de ,. y  del modelo econométrico de la. demanda de tolueno en Guatemala. .................................................................................... 108 Cuadro A.3 Demanda, Precio, PIB, Población e IPC de la mezcla de xilenos para Guatemala del año 1999 al 2008......................................................................................... 109 Cuadro A.4 Resumen cálculos para estimación de ,. y  del modelo econométrico de la. demanda de la mezcla de xilenos en Guatemala................................................................. 110 Cuadro A.5 Demanda, Precio, PIB, Población e IPC de la tolueno para Costa Rica del año 2001 al 2008........................................................................................................................ 110 Cuadro A.6 Resumen cálculos para estimación de ,. y  del modelo econométrico de la. demanda de tolueno en Costa Rica. .................................................................................... 111. Índice de Cuadros. x.

(12) Cuadro A.7 Demanda, Precio, PIB, Población e IPC de la mezcla de xilenos para Costa Rica del año 2001 al 2008................................................................................................... 111 Cuadro A.8 Resumen cálculos para estimación de ,. y  del modelo econométrico de la. demanda de la mezcla de xilenos en Costa Rica. ............................................................... 112 Cuadro A.9 Demanda, Precio, PIB, Población e IPC de la tolueno para Honduras del año 2001 al 2007........................................................................................................................ 112 Cuadro A.10 Resumen cálculos para estimación de ,. y  del modelo econométrico de. la demanda de tolueno en Honduras. .................................................................................. 113 Cuadro A.11 Demanda, Precio, PIB, Población e IPC de tolueno para El Salvador del año 1999 al 2007........................................................................................................................ 113 Cuadro A.12 Resumen cálculos para estimación de ,. y  del modelo econométrico de. la demanda de tolueno en El Salvador. ............................................................................... 114 Cuadro A.13 Demanda, Precio, PIB, Población e IPC de la mezcla de xilenos para El Salvador del año 1999 al 2007. ........................................................................................... 114 Cuadro A.14 Resumen cálculos para estimación de ,. y  del modelo econométrico de. la demanda de la mezcla de xilenos en El Salvador. .......................................................... 115 Cuadro A.15 Demanda, Precio, PIB, Población e IPC de la tolueno para Nicaragua del año 2001 al 2008........................................................................................................................ 115 Cuadro A.16 Resumen cálculos para estimación de ,. y  del modelo econométrico de. la demanda de tolueno en Nicaragua. ................................................................................. 116 Cuadro A.17 Inversión de capital. ..................................................................................... 116 Cuadro A.18 Resumen de costos fijos de producción. ...................................................... 116 Cuadro A.19 Resumen de costos variables de producción. ............................................... 116 Cuadro A.20 Datos para el cálculo y punto de equilibrio encontrado............................... 116. Índice de Cuadros. xi.

(13) Cuadro A.21 Resumen de los valores obtenidos del análisis de Sensibilidad variando el valor de la tasa de retorno. .................................................................................................. 117 Cuadro A.22 Resumen de los valores obtenidos del análisis de Sensibilidad variando las ventas realizadas. ................................................................................................................ 117 Cuadro A.24 Resumen de los valores obtenidos del análisis de Sensibilidad variando el capital de inversión. ............................................................................................................ 118 Cuadro A.25 Resumen de los fondos obtenidos del método Monte Carlo del proyecto con financiamiento. ................................................................................................................... 118 Cuadro A.26 Continuación Resumen de los fondos obtenidos del método Monte Carlo del proyecto con financiamiento. .............................................................................................. 118 Cuadro A.27 Continuación Resumen de los fondos obtenidos del método Monte Carlo del proyecto con financiamiento. .............................................................................................. 119. Índice de Cuadros. xii.

(14) Índice de Figuras. xiii. ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1.1 Proceso general para el fraccionamiento de Nafta…………………………….. 2 Figura 1.2. Estructura molecular del benceno, tolueno y los isómeros del xileno………... 8 Figura 1.3 Complejo aromático simple…………………………………………………... 13 Figura 1.4 Complejo aromático UOP integrado………………………………………….. 20 Figura 2.1. IMAE de los países centroamericanos (1995-2010)…………………………. 27 Figura 2.2. Importaciones de benceno y tolueno en Honduras (1995-2009)…………….. 29 Figura 2.3. Importaciones de xilenos en Honduras (1995-2009)………………………… 29 Figura 2.4. Importaciones de BTX en Costa Rica (1996-2010)…………………………. 30 Figura 2.5. Importaciones de BTX en Nicaragua (1995-2009)………………………….. 30 Figura 2.6. Importaciones de BTX en El Salvador (1995-2009)……………………….... 31 Figura 2.7. Importaciones de BTX en Guatemala (1995-2009)………………………….. 32 Figura 2.8. Elasticidad en la demanda de tolueno en Nicaragua………………………..... 34 Figura 2.9. Elasticidad en la demanda de tolueno en Costa Rica……………………....... 35 Figura 2.10. Elasticidad en la demanda de tolueno en Guatemala.…………………........ 35 Figura 2.11. Histórico de precios para el tolueno en Centroamérica.………………........ 43 Figura 2.12. Histórico de precios para la mezcla de xilenos en Centroamérica .………………......................................................................................................... 43 Figura 3.1 Macro-localización del proyecto..................................………………......... 49. Figura 3.2 Micro-localización: Plantel físico de RECOPE, Moín...………………......... 49.

(15) Figura 3.3. Perfil de los componentes en el reformado catalítico..………………........... 59 Figura 3.4. Diagrama de Flujo No 1 del proceso de producción para el BTX.................. 66. Figura 3.5. Diagrama de Flujo No 2 del proceso de producción para el BTX.................. 67. Figura 3.6. Diagrama de Flujo No 3 del proceso de producción para el BTX.................. 68. Figura 3.7. Ubicación de la nueva refinería según el proyecto de modernización de RECOPE.................................................................................…………………........ 76 Figura 3.8. Localización de los equipos de la planta productora de BTX.…................... 76. Figura 3.9. Distribución de los equipos de la planta productora de BTX..…................... 77. Figura 3.10 Comportamiento de precios para la gasolina super en Costa Rica................ 80. Figura 4.1 Punto de equilibrio del proyecto................................................................ 90. Índice de Figuras. xiv.

(16) Marco Teórico. 1. 1. MARCO TEORICO. 1.1 Las naftas de petróleo 1.2 Generalidades Nafta es un término genérico que es aplicado a productos de petróleo refinados, parcialmente refinados o no refinados. Siguiendo la norma ASTM D-86 en condiciones estandarizadas de destilación, la nafta se determina cuantitativamente, en que no menos del 10 % del material debe destilar a temperaturas menores de 175 ºC y no menos del 95 % del material debe destilar a temperaturas inferiores de 240 ºC. (Speight, 2007) Siguiendo esta característica de las naftas de su punto de ebullición, utilizada en su determinación, las mismas pueden clasificarse en naftas ligeras con un rango de ebullición aproximado de 35 – 90 ºC y naftas pesadas en el rango de temperaturas de 80 – 200 ºC. Otros productos de petróleo que son obtenidos en el rango de ebullición de la nafta, son el spirit industrial y el White spirit. (Matar, 2000) La nafta es obtenida de diferentes procesos: por medio del fraccionamiento de una única destilación, craqueado y reforma de los destilados o fraccionamiento del petróleo crudo; extracción del solvente; hidrogenación de destilados craqueados; polimerización de compuestos insaturados (olefinas); y por medio de procesos de alquilación. El método más común de preparación es la destilación, dependiendo del diseño de la unidad de destilación pueden producirse una o dos corrientes de vapores de nafta: la primera siendo una corriente única de producto de nafta con un punto final a 205 ºC, y la segunda forma, en donde la corriente mencionada anteriormente, es dividida en nafta ligera y pesada. Un arreglo típico del proceso que se muestra en la figura 1.1, consiste dos torres de destilación fraccionada una primaria y otra secundaria, además de una torre de separación final (striper). Así la nafta de entrada es calentada e introducida en la torre primaria, que es.

(17) Marco Teórico. 2. operada con vacio, y este permite la vaporización de la nafta a las temperaturas obtenidas del calentamiento. (Speight, 2007) La columna primaria separa la nafta en tres flujos: 2. Material con alto punto de ebullición, que es removido del fondo como producto y enviado a la unidad de craqueo. 3. Corriente de producto lateral con mediano punto de ebullición, que luego de pasar por el separador es adecuado para el solvente alifático Varsol. 4. Producto extraído de la parte superior de la torre enviado a la torre secundaria, donde es dividido de nuevo en fondos y producto volátil, trabajando a una presión de vacio parcial y con un calentamiento que asiste en el fraccionamiento. Las corrientes de salida de la segunda torre serán solventes alifáticos terminados.. Figura 1.1 Proceso general para el fraccionamiento de Nafta. 1.3 Composición La composición de las naftas depende directamente de dos factores: el tipo del crudo utilizado en su generación y si fue obtenido por destilación atmosférica u otras unidades de.

(18) Marco Teórico. 3. proceso. El petróleo crudo es una mezcla de diferentes hidrocarburos muy compleja, en una fracción de separación pueden existir cerca de 5 000 hidrocarburos distintos. Se dividen en tres grupos o series los hidrocarburos presentes en el crudo: parafínicos, nafténicos y aromáticos. (Llado, 1962) . Las parafinas constituyen una familia de hidrocarburos saturados y siguen la formula CnH2n+2, pueden existir en una configuración recta o como isómeros de átomos de carbono. El metano, etano, propano y butano son los principales componentes de la serie, cuando no son saturados como el etileno, propeno, buteno y otros, se les denomina olefinas.. . Los hidrocarburos aromáticos son aquellos que se encuentran en forma de anillo dotados de dobles enlaces alternantes o conjugados, todos los aromáticos presentan a lo sumo un anillo bencílico como parte de su estructura molecular.. . Los naftenos se agrupan los hidrocarburos en anillos o cíclicos, predominando en el petróleo los anillos de seis y cinco átomos de carbono. Su configuración es de la forma CnH2n, se encuentran en todas las fracciones menos en las más livianas. (OSHA, 2010). Con el caso del proceso utilizado, si la nafta es obtenida de la destilación atmosférica está caracterizada por la falta de compuestos olefínicos, sus constituyentes principales son las parafinas rectas o ramificadas, naftenos (cicloparafinas) y los hidrocarburos aromáticos. Naftas obtenidas de unidades de craqueo contienen cantidades variables de compuestos olefínicos, mayores relaciones de aromáticos y parafinas ramificadas. Debido a la presencia de compuestos insaturados son menos estables que las naftas producidas por destilación. Como la ausencia de olefinas aumenta la estabilidad de las naftas, se realizan mezclas de tipos de estas para obtener un producto requerido o como materia prima de proceso. Según el cuadro 1.1 en un análisis de naftas producidas en destilación fraccionaria.

(19) Marco Teórico. 4. la composición de las naftas es en mayor porcentaje compuestos parafínicos, luego los naftenos y en menor proporción los aromáticos. Cuadro 1.1 Análisis típico de dos fracciones de nafta obtenidas de destilación fraccionada de dos tipos de crudo diferentes. Prueba. Marine Balayem. Bakr -9. Rango de ebullición (ºC) Gravedad especifica (60/60 ºF) º API Contenido de sulfuro % Tipos de hidrocarburo % Parafinas Naftenos Aromáticos. 58 – 170. 71 – 182. 0,7485. 0,7350. 57,55 0,055. 0,26. 62,7 29,1 8,2. 80,2 11,0 8,8. Fuente: (Matar, 2000) En los procesos de extracción de solventes o destilaciones extractivas, se produce la remoción de los constitutivos con hidrocarburos aromáticos de las naftas. Estos constituyentes aromáticos son luego convertidos en cadenas rectas parafínicas de hidrocarburos sin hedor, que son requeridas en los solventes alifáticos. Además de los grupos de hidrocarburos mencionados, las naftas contienen cantidades de azufre, nitrógeno, oxígeno y agua. Los compuestos de azufre presentes más comunes son: mercaptanos no cíclicos, tiofenos y sulfuros. La cantidad de nitrógeno contenida es menor a la cantidad de azufre, y se dividen en dos grupos: básico donde se incluyen la piridina, piperidina e indol, en el segundo grupo se él no básico acoge los derivados del pirrol. El oxigeno está presente en las fracciones pesadas del crudo de petróleo, por lo que su concentración es muy baja y presente como fenoles, furanos, ácidos carboxílicos y ésteres. El agua puede estar contenida en el crudo de petróleo de dos maneras: disuelta en el aceite o como una fase separada. Algunas fracciones de nafta pueden disolver la humedad presente durante su manipulación y almacenamiento. (Gary, J. & Handwerk, G., 2001).

(20) Marco Teórico. 5. 1.4 Clasificación La nafta es dividida en dos tipos principales: alifáticos y aromáticos. Estos dos tipos difieren en dos aspectos, primero por los hidrocarburos que componen el solvente y segundo por el método utilizado en su manufactura. Los solventes alifáticos están compuestos por hidrocarburos parafínicos y naftenos (cicloparafinas), pueden ser obtenidos directamente del petróleo crudo por destilación. El segundo tipo de nafta contiene aromáticos, usualmente bencenos alquilo – sustituidos, es un tipo muy raro de naftas y obtenidas del petróleo como materiales del fraccionamiento de una sola destilación. Otra clasificación es la mencionada anteriormente, en donde por su punto de ebullición se pueden dividir las naftas obtenidas en: naftas ligeras (35-90 ºC) con hidrocarburos de 5 a 6 átomos de carbono, y las naftas pesadas (80 -200 ºC) que contiene hidrocarburos de 7 a 9 carbonos. También se le conoce como naftas medianas o intermedias a las que se vaporizan en un rango que se encuentre entre las dos clasificaciones primordiales. (Speight, 2007) 1.5 Aplicaciones Las aplicaciones para la nafta se pueden dividir en dos grandes campos: como materia prima en la industria petrolera y utilizada como producto en su característica de solvente. 1.5.1 Industria petrolera El uso principal de la nafta en la industria petrolera es en la producción de gasolina. La nafta ligera es mezclada con gasolina reformada, esto para incrementar su volatilidad y para reducir el contenido de aromáticos en la gasolina producida. La nafta pesada proveniente de la destilación atmosférica o la hidrogenación de destilados craqueados, tiene un índice bajo de octanos, y es utilizada como materia prima en unidades de reformado catalítico. Siendo este el proceso de elevar el octanaje de una nafta con bajo índice, enriqueciéndola con aromáticos y parafinas ramificadas..

(21) Marco Teórico. 6. La nafta también es utilizada como materia prima en unidades de craqueo térmico para la producción de olefinas, así como en unidades de reformado térmico en la producción de gas sintético para el metanol. Seleccionar el tipo correcto de nafta a utilizar es un paso importante en el diseño de procesos, como ejemplo, una nafta a base de parafinas es preferible en procesos de craqueo térmico, ya que las parafinas siguen un proceso mejor a temperaturas relativamente menores que los naftenos. (Matar, 2000) 1.5.2 Industria de solventes Al mismo tiempo las naftas tienen un valor como solventes debido a su alto poder de disolver. El alto rango de nafta disponible, desde la parafina hasta la cargada con aromáticos, y los diferentes grados de volatilidad posibles ofrecen productos adecuados para muchos usos. En este tipo de mercado las naftas tienen distintas áreas (Speight, 2007): . solventes para pinturas, sustituyendo a la trementina por su ventaja de ser más barata y abundante. Estas naftas poseen poder de solvencia y tasa de evaporación adecuadas, son resistentes a la oxidación, no desarrollan mal olor y color durante su uso, son libres de impurezas corrosivas y materiales reactivos.. . solventes para lavado en seco, naftas obtenidas directamente de la destilación fraccionada del crudo de petróleo parafínicos que contengan baja cantidad de azufre, y no debe contener hidrocarburos aromáticos.. . solventes para cutback aspahlt, el cemento asfaltico se diluye en las naftas obtenidas de la destilación con el fin de adecuar el asfalto para que sea posible su aplicación directa a las superficies de las carreteras con muy poca calefacción.. . en la industria del caucho y adhesivos, utilizadas para humedecer las existencias de rodaduras en las llantas de los automóviles durante su manufactura y obtener mejor adhesión entre las unidades de neumático.. . solventes para procesos de extracción industrial, empleada en la extracción de aceites de frijoles de ricino, de frijoles de soja, de algodón y del germen de trigo..

(22) Marco Teórico. 7. Los destilados de petróleo de varias composiciones y volatilidades también son empleados como solventes en la manufactura de tintas, chaquetas de cuero, diluyentes para tintes, y desengrasantes de fibras de lana, pulidoras y ceras. 1.6 BTX (Benceno, Tolueno y Xileno). 1.6.1. Generalidades. El conjunto de compuestos del BTX: benceno, tolueno y xileno; comparten entre ellos el carácter aromático, pero difieren en sus propiedades físicas y químicas. Aromaticidad El benceno, tolueno y xileno (BTX) forman parte del grupo de los compuestos hidrocarburos aromáticos. El termino aromaticidad o carácter aromático se utiliza para describir a los compuestos que comparten las propiedades del benceno, y la definición se confina a los compuestos que contengan anillos bencílicos o un sistema condensado de anillos de benceno. La razón de esta descripción está en que los hidrocarburos aromáticos exhiben propiedades que difieren ampliamente de sus análogos los compuestos alifáticos y alicíclicos, propiedades como la facilidad para la sustitución química, la estabilidad del anillo de benceno, las bajas propiedades básicas en aminas aromáticas, entre otras. (Llado, 1962) Propiedades físicas y químicas Benceno (C6H6), tolueno (C7H8), y los isómeros del xileno (C8H10) tienen tamaños y formulas moleculares muy similares, como se muestra en la figura 1.2. La pequeña polaridad de los enlaces C-H, hace que los compuestos tengan similar y baja polaridad. Por esta razón, las temperaturas de ebullición de los cinco compuestos son muy próximas y permite que sean recojan en la misma fracción de destilación del crudo de petróleo..

(23) Marco Teórico. 8. Figura 1.2. Estructura molecular del benceno, tolueno y los isómeros del xileno El tolueno es un aromático unido con un grupo metilo, es conocido en el medio industrial como toluol, metilbenceno, metilbenzol o fenil-metano. Es un líquido claro con color aromático dulzón, altamente volátil, ejerce una presión de vapor de 28 kPa a 20 ºC, posee un punto de inflamación de 4,4 ºC por lo que se clasifica como líquido inflamable según NFPA e HIMS. El tolueno es poco soluble en agua (0,53 g/L a 20-25 ºC) y muy liposoluble. (Jiménez, 2002). El benceno es conocido también como ciclohexatrieno o benzol, es un líquido incoloro y presenta un olor característico. Su presión de vapor a 20 ºC es de 10 kPa, y su punto de inflamación es de – 11 ºC por lo que se considera altamente volátil e inflamable. El benceno muestra una solubilidad baja en agua (0,18 g/L a 25 ºC). (Fichas Internacionales de Seguridad Química, 2010) El xileno estando en su forma comercial o mezclada está compuesto de tres isómeros: meta-xileno, orto-xileno y para-xileno. En la mezcla por lo general el isómero predominante es el meta (44 – 70% de la mezcla). El compuesto también es conocido como dimetilbenceno (1,2-; 1,3-; o 1,4-); xylol (mezcla),m-, o-, o p-xileno (isómeros); o metiltolueno. El estado físico del xileno es líquido además de ser incoloro, su presión de vapor a 20 ºC es de 1.07 kPa, la mezcla es insoluble en agua (0,13 g/L a 20 ºC). Su punto de inflamación es de 29 ºC por lo que se considera moderadamente inflamable. (IRIS, 2010).

(24) Marco Teórico. 9. 1.7 Fuentes de obtención Cerca del 90% del BTX producido en el mundo, tienen su fuente de las unidades de conversión, principalmente del craqueo con vapor de las naftas (gasolina de la pirolisis pygas) y el reformado catalítico. En la industria química tradicional los aromáticos como el benceno, tolueno y xileno eran producidos a partir del alquitrán de hulla en el proceso de la carbonización para la elaboración del coke y gas de carbón. Este proceso es considerado como una fuente marginal en la industria reciente. (Wauquier, 2004) Separar los aromáticos del BTX, por medio de la destilación del crudo de petróleo, no es posible ya que estos se encuentran en concentraciones muy bajas. Es por esto que se utilizan las fracciones de las naftas y se enriquecen con los aromáticos, mediante el reformado catalítico. (Matar, 2000) 1.7.1 Efluentes del reformado catalítico Considerando los efluentes de las unidades de conversión para la producción de BTX, el proveniente del reformado catalítico la composición de la fracción C6-C8 se encuentra generalmente en los límites indicados en el Cuadro 1.2. El total de los aromáticos representa el 80 – 90 % en peso de la fracción, siendo la mezcla de xilenos la mitad del valor mencionado. La mayor impureza en el efluente son las parafinas, con los naftenos y olefinas minoritariamente. Cuadro 1.2 Composición de la fracción C6-C8 obtenida del reformado catalítico.. Aromáticos Parafinas. Componentes Benceno Xileno Tolueno C9+ C5. Contenido % m/m 1–8 8 – 24 30 – 50 0,1 – 6 0,6 – 6.

(25) Marco Teórico. 10. Cuadro 1.2 (Cont.) Composición de la fracción C6-C8 obtenida del reformado catalítico.. Parafinas. Componentes C6 C7 C8 C9. Naftenos + olefinas. Contenido % m/m 1,5 – 11 1–7 0,5 – 2 0–1 0,5 – 2. Fuente: (Wauquier, 2004). 1.7.2 Efluentes del craqueo con vapor Luego de un paso preliminar de hidrogenación de las olefinas e hidrodesulfuración, la composición del efluente del craqueo con vapor en la fracción C6-C8 está situada en los límites mostrados en el Cuadro 1.3. Los aromáticos están representados en un mayor porcentaje de la fracción, pero contrario a los efluentes provenientes del reformado catalítico su concentración decrece desde el benceno hasta los xilenos. Cuadro 1.3. Composición de la fracción C6-C8 obtenida del craqueo con vapor.. Aromáticos. Parafinas y naftenos. Fuente: (Wauquier, 2004). Componentes Benceno Xileno Tolueno C9+ C5 C6 C7 C8 C9. Contenido % m/m 25 – 50 14 – 23 10 – 17 0,1 – 6 0,2 – 2 6 – 27 1–6 0,5 – 4 0–1.

(26) Marco Teórico. 11. 1.8 Aplicaciones La extracción del BTX comenzó en la década de 1950, con una demanda creciente del benceno y el xileno. Utilizados estos como materias primas en la fabricación de poliamidas y la síntesis del poliéster, productos que eran obtenidos de la destilación de la gasolina y luego retornando a los aromáticos presentes en el crudo. (Wauquier, 2004) Los campos de aplicaciones se han diversificado para cada uno de los componentes del BTX: benceno, tolueno y xileno. 1.8.1 Benceno El Benceno es considerado como un compuesto versátil para la petroquímica y útil en la producción de más de 250 productos diferentes, los derivados del benceno más importantes son: el etilbenceno, el cumeno y el ciclohexano. Un ejemplo de las aplicaciones del benceno reside en la fabricación del estireno, ingrediente básico el poliestireno, así como en pinturas, resinas epoxi, pegamentos y otros adhesivos (Meyers, 2004). En la amplia gama de aplicaciones del benceno también se incluyen los siguientes productos: acetona, bisfenol, resinas fenólicas, detergentes, nylon entre otros. (Speight, 2007). 1.8.2 Xileno El producto del xileno es también conocido como mezcla de xilenos, contiene cuatro diferentes C8 isómeros aromáticos: para-xileno, orto-xileno, meta-xileno y el etilbenceno. Pequeñas cantidades de la mezcla de xilenos son aplicadas como solventes, el isómero más importante es él para-xileno, utilizado exclusivamente en la producción de fibras de poliéster, resinas y películas. (Meyers, 2004) Los xilenos que han recibido un tratamiento de oxidación mediante la utilización de ácidos, son materias primas para la manufactura de fibras, plástica, plastificante y productos similares. (Speight, 2007).

(27) Marco Teórico. 12. 1.8.3 Tolueno Las aplicaciones del tolueno inicia con la adición en las gasolinas y como solvente, su demanda primaria es ser fuente del trinitrotolueno (TNT). Tiene menos aplicaciones que el benceno y el xileno, pero puede ser utilizado mediante un tratamiento de alquilación como un producto apropiado para la sulfonación a un grado de detergente. (Speight, 2007) Además se ha convertido en una materia prima importante en la producción de xilenos a partir de la desproporción del tolueno y la transalquilación con aromáticos C9. 1.9 Proceso de producción del BTX a partir de las naftas La producción de BTX a partir de las fuentes antes mencionadas involucra dos tipos de proceso: aquellos en donde es separada la mezcla de benceno, tolueno y los xilenos; y los procesos que convierten una forma de producto en otra. Un ejemplo de este último punto es la hidroalquilación del tolueno, utilizada para ajustar las proporciones de benceno y tolueno a como dictan la demanda de los mismo y la economía. Los procesos de producción son llamada complejos aromáticos, el tipo más simple produce únicamente benceno, tolueno y la mezcla de xilenos. Los sistemas más complejos son diseñados para optimizar la producción de benceno, para-xileno y en algunos casos el orto-xileno. Los modelos más importantes son los proporcionados por UOP y AXENS.. 1.9.1 Complejos aromáticos simples El complejo mostrado en la figura 1.3, consiste en las siguientes unidades de proceso, presentes en todos los complejos: . Hidrotratamiento de nafta: utilizado en la remoción de contaminantes sulfurosos y nitrogenados.. . Reformado catalítico: para la producción de aromáticos a partir de la nafta.. . Extracción de aromáticos: para la extracción final del BTX.

(28) Marco Teórico. 13. Figura 1.3 Complejo aromático simple. Fuente: (OSHA, 2010) 1.9.2 Hidrotratamiento de naftas El proceso de hidrotratamiento es referido también como: hidroprocesamiento o hidrodesulfuración. En esta unidad de proceso se realiza la separación del sulfuro y el nitrógeno, además del mejoramiento de la entrada olefinica pesada, saturándola con hidrógeno para producir parafinas. Se realiza también remoción de elementos como oxígeno, haluros y trazas de metal provenientes de las alimentaciones, efectuando este proceso mediante reacciones con hidrógeno. En una unidad de hidrotratamiento típica en donde la alimentación es mezclada con gas enriquecido con hidrógeno antes de entrar al reactor de lecho fijo. En la presencia de un metal oxidante catalítico, el hidrógeno reacciona con la alimentación para producir ácido sulfúrico, amoniaco, hidrocarburos saturados y otros metales libres. El metal se mantiene en la superficie del catalítico y los otros productos abandonan el reactor con el flujo de nafta e hidrógeno. La reacción predominante es la de hidrodesulfuracion, aunque también ocurren otras reacciones como: denitrogenación, deoxidación, dehalogenación, hidrogenación e hidrocraqueo. Casi todas las reacciones son exotérmicas dependiendo de las condiciones específicas de operación. (OSHA, 2010).

(29) Marco Teórico. 14. En los parámetros del proceso, la presión parcial del hidrógeno al aumentar produce un efecto directo en la velocidad de las reacciones, convirtiendo compuestos inestables en estables. Con la temperatura su elevación produce un aumento en la velocidad de las reacciones a un flujo de alimentación constante, la temperatura de arranque se fija según el nivel de desulfuración deseado llegando a un máximo de 415ºC (Speight, 2007). La alimentación es de gran importancia en el diseño ya que existe una relación entre el porcentaje en peso de azufre presente en el flujo de entrada y la cantidad de hidrógeno requerida. En el siguiente Cuadro 1.4 se muestran las condiciones para el proceso de hidrodesulfuración según el tipo de fracción de nafta alimentada. Cuadro 1.4. Condiciones para la hidrodesulfuración según el tipo de nafta alimentado. Alimentación Nafta visbreaker Nafta straight-run Nafta catalítica. Rango de ebullición (ºC) 65 – 230 85 – 170 95 – 225. Azufre (wt %) 1,00 0,04 0,18 – 0,24. Desulfuración (%) 90 99 71 – 89. 1.9.3 Reformado catalítico El proceso del reformado catalítico convierte naftas en componentes mezclables de alto octanaje. La alimentación y la salida del reformador están compuestas de cuatro grupos de hidrocarburos: parafinas, olefinas, naftenos y aromáticos. Durante el proceso el valor del octanaje del producto se incrementa con la formación de aromáticos. En lugar de combinar o romper las moléculas para obtener el producto deseado, el reformado catalítico esencialmente reestructura las moléculas de hidrocarburos que tienen el tamaño adecuado pero no la configuración o estructura deseada. Existen cuatro tipos de reacciones que ocurren durante el reformado, estas se muestran en Cuadro 1.5 conjuntamente con reacciones específicas típicas de cada prototipo de reacción:.

(30) Marco Teórico. 15. Cuadro 1.5. Reacciones existentes en el proceso de reformado catalítico de naftas. Reacción 1. Deshidrogenación de naftenos a compuestos aromáticos (altamente endotérmica) a) Deshidrogenación de alquilciclohexanos a aromáticos b) Deshidroisomeración de alquilciclopentanos a aromáticos. 2. Deshidrociclización de parafinas a aromáticos. Ejemplo típico. Metilciclohexano → Tolueno + 3 H2. Metilciclopentano → Ciclohexano → Benceno + 3 H2. n-Heptano → Tolueno + 4 H2. 3. Isomerización (reacciones rápidas sin efectos térmicos) a) Isomerización de n-parafinas a isoparafinas. n-Hexano → Isohexano. b) Isomerización de parafinas a naftenos Metilciclopentano → Ciclohexano 4. Hidrocraqueo (exotérmico, relativamente lento). n-Decano → Isohexano + n-Butano. Fuente (OSHA, 2010) Los procesos de reformado se clasifican en continuos, cíclicos y semirregenadores; dependiendo de la frecuencia de regeneración del catalizador. El equipo para los procesos continuos está diseñado para permitir el retiro y sustitución del catalizador durante el funcionamiento, así el catalizador puede regenerarse continuamente y mantenerse a un alto nivel de actividad. La unidad semirregenadora se halla en el otro extremo de operación y posee la ventaja de costos de operación mínimos, la regeneración requiere de intervalos de 3 a 24 meses. Para evitar pérdidas de actividad del catalizador se utilizan caudales de reciclado y.

(31) Marco Teórico. 16. altas presiones. El proceso cíclico se caracteriza por tener un reactor de reserva además del que está en funcionamiento, esto permite regenerar el catalizador sin parar la unidad. Los catalizadores del reformado utilizados contienen platino soportado sobre una base de sílice o de alumino-silice. (Office of Energy Efficiency and Renewable Energy, 2006) En el proceso de reformado catalítico se cuenta con un sistema de calentadores y reactores en serie, en donde en el primer reactor se da la reacción principal de deshidrogenación de naftenos a aromáticos. Al ser una reacción endotérmica la temperatura desciende en un gran intervalo, por lo que para mantener la velocidad de reacción los gases se recalientan antes de entrar al catalizador del segundo reactor y así sucede sucesivamente en los demás reactores de la batería. La mezcla de reacción procedente del último reactor, se enfría y los productos líquidos se condensan. La corriente de gas rica en hidrógeno se divide en una corriente de reciclado y otro flujo de producción secundaria de hidrogeno neto que se utiliza en las operaciones de tratamiento de hidrogenación, o como combustible. (Gary, J. & Handwerk, G. 2001). 1.9.4 Extracción de aromáticos La extracción con solventes se utiliza ampliamente en la industria de refinado de petróleo. Este proceso consiste en la remoción de hidrocarburos aromáticos mediante extracción con solventes líquidos que presentan un alto poder de solvencia por cierto componente de la mezcla (Matar, 2000). Existen tres tipos básicos de sistemas de extracción con solventes: -. Destilación azeotrópica: utiliza un solvente con bajo punto de ebullición y que tenga afinidad con los compuestos no aromáticos. El solvente es destilado y extraído de la parte superior conjuntamente con el rafinado.. -. Destilación extractiva: se emplea un solvente con alto punto de ebullición con afinidad para los aromáticos. Los compuestos no aromáticos son destilados de la.

(32) Marco Teórico. 17. parte superior de la columna, y el producto de los fondos estará constituido por el solvente cargado de aromáticos. -. Extracción líquido/líquido: se utilizan solventes que forman una fase separada de líquido. Los aromáticos son mas solubles en el solvente empleado que los no aromáticos, los hidrocarburos son extraídos de la alimentación en un contactor donde se da la operación líquido/líquido, el flujo de extracto es luego separada para obtener el solvente y los aromáticos.. En general las extracciones líquido/líquido tienen un costo mayor de capital y de operación, pero producen un mayor rendimiento en la extracción y son preferibles en la producción de BTX. La destilación extractiva tiene menos requerimientos de capital, es obtenido de este proceso un menor rendimiento y son útiles en separación del benceno. El solvente utilizado debe cumplir con ciertas características como (Gary, J. & Handwerk, G. 2001): . Alta selectividad hacia los aromáticos.. . Baja o nula selectividad hacia compuestos que no sean aromáticos.. . Capacidad para formar dos fases a temperaturas razonables.. . Capacidad para lograr una rápida separación de fases.. . Buena estabilidad térmica.. . No sea corrosivo ni reactivo. También los solventes deben presentar ciertas propiedades físicas: . Temperatura de cristalización baja.. . Temperatura de ebullición más alta que la del xileno (140 ºC) que es el compuesto menos volátil de los aromáticos.. . Gravedad específica mayor o igual a 1,1.. . La viscosidad debe ser alta a temperatura ambiente pero menor a 2,5 mPa s a la temperatura de operación..

(33) Marco Teórico. 1.10. 18. Complejo aromático UOP. Este complejo de aromáticos está constituido como se muestra en la figura 1.4, de tal forma que aumenta el rendimiento sobre de benceno y para-xileno, el mismo incluye en el proceso las siguientes tecnologías UOP: . CCR Platforming*: para la producción de aromáticos a partir de nafta.. . Sulfolane* o Carom: destilación extractiva en la recuperación de benceno y tolueno.. . Parex*: recuperación de para-xileno por adsorción separativa continua.. . Isomar*: isomerización de xilenos y la conversión de etilbenceno.. . Tatoray: para la conversión de tolueno y aromáticos pesados a xilenos y benceno.. * Marca registrada o servicio de UOP (UOP, 2010) 1.10.1 CCR Platforming El proceso de CCR Platforming es un proceso utilizado en la producción de aromáticos e hidrogeno a partir de de naftenos y parafinas. La alimentación de nafta está restringida a las fracciones de C6 hasta C10, con el fin de maximizar la producción de los compuestos del BTX. La distribución de los tipos de hidrocarburos presentes determinará la facilidad con que la nafta pueda ser reformada. Los compuestos aromáticos atraviesan el equipo sin cambios relativos, los naftenos reaccionan rápidamente a aromáticos y las parafinas lo harán más lentamente y con menor selectividad. Las cuatro reacciones principales presentes en los reactores para obtener los productos deseados son las siguientes: . Deshidrociclización de las parafinas a anillos de 6 o 5 miembros.. . Isomerización de anillos de 5 miembros a compuestos de 6 miembros.. . Deshidrogenación de los compuestos de 6 carbonos a aromáticos.. . Hidrocraqueo de grandes hidrocarburos a compuestos de menor tamaño..

(34) Marco Teórico. 19. 1.10.2 Sulfolane Proceso utilizado para la recuperación de aromáticos del grado BTX, combinando procesos de extracción líquido/líquido y destilación extractiva. El benceno es recuperado por extracción o destilación extractiva con el fin de llegar a una pureza determinada por la aplicación petroquímica. El proceso de Sulfolane consiste en un extracción líquido/líquido a temperaturas moderadas, seguido de un stripper para el solvente a presión atmosférica. Se tiene un proceso de tres lazos internos de flujo: agua, solvente e hidrocarburos. 1.10.3 Parex El Parex es un proceso que utiliza un método de separación por efectos de adsorción. El proceso tiene como fin recuperar el para-xileno de la mezcla de xilenos, para producir un producto de mayor pureza, una eficiencia mayor y extender la vida del adsorbente. Los isómeros de la mezcla de xilenos tienen puntos de ebullición muy cercanos por lo que no es práctico realizar la separación por destilación. Es entonces que se utiliza la zeolita como adsorbente, siendo este selectivo del para-xileno. El Parex simula un lecho fluidizado de adsorbente con flujos contracorriente de alimentación sobre el adsorbente. La alimentación y productos entran y salen en forma continua, a composiciones constantes.. 1.10.4 Isomar El proceso Isomar es utilizado para convertir mezclas de aromáticos C8 agotado en un isómero o a un equilibrio en el flujo de mezcla de isómeros. Es también utilizado con frecuencia en complejos con donde él para-xileno es producido de una mezcla de xilenos, pero también puede ser utilizado para maximizar el rendimiento de orto y meta-xilenos..

(35) Marco Teórico. 20. Figura 1.4 Complejo aromático UOP integrado Fuente: (OSHA, 2010) 1.10.5 Tatoray El proceso de Tatoray es utilizado para la producción de xilenos y benceno por la disproporcionación y transalquilación del tolueno además de aromáticos C9. La incorporación del proceso Tatoray en un complejo aromático es casi duplicar el rendimiento de producción de para-xileno. Si el benceno es el producto principal, puede ser obtenido realizando ajustes en el rango de ebullición de la nafta alimentada para incluir mayores precursores de benceno y tolueno. (Meyers, 2004).

(36) Estudio de Mercado. 21. 2. ESTUDIO DE MERCADO. 2.1 Caracterización de los productos. 2.1.1 Descripción y caracterización del producto principal y subproductos. El producto principal de comercialización es el BTX (Benceno, Tolueno y Mezcla de Xilenos), compuestos hidrocarburos aromáticos generados a partir de las naftas unificadas de petróleo, provenientes de la destilación de crudo y del reformado catalítico, extrayéndose de la parte alta de la torre atmosférica y de la Unidad de Platformado respectivamente. Las naftas pesadas procesadas en el plantel de RECOPE en Moín, son una mezcla de hidrocarburos parcialmente refinados. Además de ser una materia prima para el BTX es utilizada también como solvente de productos agrícolas, en la industria de la pintura como diluyente y la mayoría de compradores la manejan en la producción de aguarrás comercial y procesado para desodorizarlo. Las propiedades físicas y químicas de la nafta pesada comercializada por RECOPE se muestran en el siguiente cuadro. Cuadro 2.1. Propiedades físicas y químicas de las naftas pesadas. Propiedad Densidad a 15°C a muestra de tope (kg/m3) Densidad a 15°C a muestra compuesta (kg/m3) Fracción de volumen agua y sedimento (%) Presión de vapor Reid a 37,8 °C (kPa). Promedio. Mínimo. Máximo. Límite o Especificación. Método. 760,47. 731,00. 775,40. No aplica. ASTM D1298. 743,30. 700,90. 763,30. No aplica. 0,00. 0,00. 0,00. No aplica. 83,07. 64,20. 95,90. Reportar. ASTM D323.

(37) Estudio de Mercado. 22. Cuadro 2.1. (Cont.) Propiedades físicas y químicas de las naftas pesadas. Propiedad Presión de vapor (minimétodo) a 37,8 °C (kPa) Fracción de masa de azufre Numero de Octano RON (octanos) Masa de gomas por 100 cm3 de muestra (mg) Temperatura de recuperado destilación de: Punto inicial (°C) Fracción volumen 10 % (°C) Fracción volumen 50 % (°C) Fracción volumen 90 % (°C) Punto final Fracción de volumen de recuperado (%) Fracción de volumen de residuo (%). Promedio. Mínimo. Máximo. Límite o Especificación. 34,83. 11,00. 81,70. Reportar. 0,01. 0,00. 0,08. Máximo 0,20. 65,91. 58,51. 84,30. Reportar. 0,70. 0,00. 1,00. No aplica. 75,17. 28,00. 108,00. No aplica. 99,87. 51,70. 119,50. Máximo 130,0. 123,51. 79,90. 134,70. No aplica. 150,40. 122,80. 162,00. No aplica. 169,19. 157,00. 199,50. Máximo 215,0. 98,49. 98,00. 99,00. No aplica. 1,00. 1,00. 1,00. Máximo 2,0. Método ASTM D5191 ASTM D4294 ASTM D2699 ASTM D381 ASTM D86. Fuente: Análisis de Laboratorio: Departamento Control de Calidad RECOPE Especificaciones Nacionales: Decreto N°15993-MEIC Gaceta N°32 del 14 de febrero de 1985 Uno de los subproductos obtenidos del proceso de producción de BTX, sería el raffinate derivado de la extracción con solventes, este es la corriente liquida remanente después de la extracción con un líquido inmiscible, utilizado para eliminar los solutos del licor madre original. La composición del mismo es principalmente compuestos no aromáticos, provenientes de la unidad de Platformado. Otro subproducto es la corriente de compuestos constituidos por 10 carbonos o más. La misma es conseguida a partir de una batería de separadores que permiten la obtención de.

(38) Estudio de Mercado. 23. los constituyentes del BTX, su constitución es primariamente de naftenos y parafínicos remantes del proceso global. 2.1.2 Productos sustitutos o similares El benceno como materia prima es utilizado en una gran variedad de procesos productivos, sus derivados abarcan un gran mercado de la petroquímica por lo que es difícil encontrar un producto sustituto para este hidrocarburo. En el caso de las mezclas de xileno en su utilización como solvente, en el mercado existen varios productos similares y sustitutos, tal es el caso del White Spirit, solvente extraído del petróleo que consiste en una mezcla de alcanos, cicloalcanos y alquil hidrocarburos aromáticos. No existe producción nacional de este producto, por lo que el total de la cantidad demanda es importada por las empresas Transmerquin de Costa Rica S.A. y Química del Norte S.A. Estas importan el solvente de países como Nicaragua, Estados Unidos, Bélgica y El Salvador mayoritariamente. También sustitutos del xileno son otros hidrocarburos utilizados como solventes como el caso del ciclohexano en la industria agroquímica y los aceites derivados del petróleo. Para el tolueno dependiendo de su área de uso existen diferentes productos sustitutos, en la industria del calzado utilizado en el proceso de unión del cuero a la suela y la cubierta de la misma puede ser sustituido por: acetona, diclorometano, MEK, acetato de etilo y heptano. En las imprentas el uso del tolueno para tratamiento de superficies y encuadernación se sustituye con: acetato de etilo, etanol, tolueno, 2-Propanolacetato y acetona. Y por ultimo en la industria de las pinturas en la fabricación de pinturas de base acuosa con un máximo de 10% de disolvente orgánico, su uso es sustituido por: xileno, butanol, 2-propanol, etilenglicol, butilenglicol y acetato de butilo. Agregando sobre este último punto la sustitución del uso de pinturas a base de disolventes orgánicos por pinturas a base de agua, supone un descenso en el uso de los disolventes orgánicos como el tolueno. También cabe mencionar la sustitución de los disolventes para limpieza de piezas, por métodos como: limpieza acuosa automatizada,.

(39) Estudio de Mercado. 24. lavado acuoso con potencia, limpieza ultrasónica, flujos bajos en sólidos y soldadura en atmósfera inerte.. 2.2 Población objeto y zona de influencia. 2.2.1 Ubicación geográfica del área de mercado del proyecto El área del mercado meta para los productos BTX se centrara en la región de Centro América, excluyéndose a los países de Belice y Panamá, ya que presentan mercados complejos, difíciles de estudiar y cuantificar, además de problemas de logística para la comercialización de los productos en estos países. Los productos del BTX serán producidos en Costa Rica y a su vez exportados a los demás países del área centroamericana y también comercializados en el interior del país, por medio de transporte terrestre. Los insumos y materias primas serán importados ya que el país no cuenta con extracción de hidrocarburos fósiles, pero si se cuenta con una planta refinadora para el tratamiento y obtención de las naftas pesadas.. 2.2.2 Tamaño y características de la población de referencia del proyecto El tamaño de la población de referencia en el proyecto está referido a las empresas o industrias que utilizan los productos petroquímicos como materias primas para su producción, para cada componente del BTX existe un sector de industrias específico y común en Centro América. En el caso del benceno su uso como solvente y en otros procesos, como se mostrara adelante, ha presentado una baja en su demanda como materia prima. Principalmente debido a las consecuencias perjudiciales que presenta para la salud humana. Por lo que se transformara el benceno obtenido, en otro de los compuestos aromáticos, aumentando así la producción de estos, cuya demanda sea significante para el estudio. Para los xilenos, como mezcla, la población o mercado serán las empresas productoras de agroquímicos, en específico las dedicadas en la formulación de plaguicidas.

(40) Estudio de Mercado. 25. (insecticidas o fungicidas). Son utilizados como solventes en el proceso de extracción, esto para la formulación húmeda en donde el xileno se utiliza como vehículo líquido para los componentes activos del producto. Dentro de los plaguicidas líquidos se encuentran: concentrados emulsionables, líquidos miscibles, microencapsulados, fumigantes líquidos y aerosoles. En la región centroamericana las empresas consumidoras del xileno para la fabricación de agroquímicos son: Agroquímica Industrial Rimac S.A., Agroquímicos Daf De C.R. S.A., Elfatochem Agri Costa Rica S.A. (Costa Rica); Quirsa, Agrofon, ECASSA (Guatemala); Agro Industrias Homberger, S.A. de C.V., Agroquímica Internacional S.A. de C.V., Agro Industrias Esco-Barr S.A. de C.V. (El Salvador), DUWEST Nicaragua S.A., Agroquimico Madriz (Nicaragua); AGROFESA, S. de R.L de C.V y Agrícola Comercial (Honduras). En el caso del tolueno su mercado se encuentra centrado en los productores de pinturas y solventes. En la etapa final del proceso de producción de las pinturas el tolueno se utiliza como disolvente, teniendo como función reducir la velocidad de secado de la pintura en la aplicación por su bajo calor de vaporización. Los tipos de pinturas donde el tolueno es empleado son: las alquídicas de secado al horno utilizadas en la industria automotriz y electrodomésticos, las vinílicas que son altamente anticorrosivas y del tipo cloro – caucho utilizadas como pinturas ignífugas y para protección anti herrumbre. Otro uso convencional para tolueno en este mercado es para la preparación de solventes en especifico la preparación de thinner o adelgazador, su función es la de participar como diluyentes capaces de provocar reducción en el contenido de sólidos en la pintura. Compañías con grandes consumos de tolueno en Centroamérica son las siguientes: Celco de Costa Rica S.A., Grupo SUR, LANCO & HARRIS Manufacturing Corporation Sociedad Anónima, Pinturas Comex y Sherwin-Williams..